(57)【要約】  安価に作製でき、組み付けも容易で、しかも、熱伝導率が１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満である複合断熱材を提供する。それぞれ薄壁（１２）で区画された多数の収容空間（１４）を有する角筒状のハニカム構造体（１６）と、該ハニカム構造体（１６）の収容空間（１４）内に充填されたセラミック粉体（１８）とを有する。ハニカム構造体（１６）の側面は、外壁（２０）（例えば薄壁（１２）と同様の材質の壁）にて塞がれ、ハニカム構造体（１６）の上面及び下面は、目封じ層（２２）にて塞がれている。ハニカム構造体（１６）を、その軸方向と直交する方向に切断した際の断面形状をみたとき、複数の薄壁（１２）が平行に並んだ形状となっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ薄壁（１２）で区画された多数の収容空間（１４）を有するブロック状のハニカム構造体（１６）と、
前記ハニカム構造体（１６）の前記収容空間（１４）内に充填されたセラミック粉体（１８）とを有することを特徴とする複合断熱材。
【請求項２】
請求項１記載の複合断熱材において、
前記ハニカム構造体（１６）を、その軸方向と直交する方向に切断したときの断面形状は、複数の前記薄壁（１２）が平行に並んだ形状であることを特徴とする複合断熱材。
【請求項３】
請求項１記載の複合断熱材において、
前記ハニカム構造体（１６）を、その軸方向と直交する方向に切断したときの断面形状は、複数の前記薄壁（１２）が格子状に組み合わされた形状であることを特徴とする複合断熱材。
【請求項４】
請求項３記載の複合断熱材において、
前記格子状の交差部分の角度がほぼ９０度であることを特徴とする複合断熱材。
【請求項５】
請求項１記載の複合断熱材において、
熱伝導率が０．０６〜０．５５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であることを特徴とする複合断熱材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合断熱材に関し、例えば連続炉（トンネル炉）等の断熱材に用いて好適な複合断熱材に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばセラミック成形体を焼成してセラミック焼結体の製品として製造する場合に、連続炉（トンネル炉）が使用される場合が多い。連続炉は、例えばワーク（セラミック成形体）を、セラミック焼結体にて構成された基台に載置し、該基台を台車で連続炉の入口から出口へ搬送することによって、セラミック成形体を焼成する炉である。特に、連続炉本体に対する温度ゾーン分けと、搬送スピードにより、入口から出口までに様々な温度分布を形成することが可能である。なお、台車の搬送にはチェーンコンベアやプッシャー等が使われる。【０００３】
そして、このような連続炉においては、外壁が断熱材で構成され、内部の温度分布が保持できるようになっている（例えば特開平７−４９１８１号公報参照）。また、特開２００３−３１４９７０号公報には、電気炉の断熱材として、耐火煉瓦、耐火断熱煉瓦、キャスタブル耐火物、セラミックファイバー成形体等を使用する例が開示されている。
【発明の概要】
【０００４】
ところで、上述のような連続炉や電気炉にて使用される断熱材は、熱伝導率が重要なパラメータとなってくる。また、連続炉等のように規模が大きくなる炉に対しては、製品（セラミック焼結体等）のコスト低減のためにも、安価に断熱材が作製でき、組み付けが容易であることも重要なファクターとなる。安価に作製でき、組み付けが容易な断熱材としては、特許文献２に挙げられた例えば耐火煉瓦等が挙げられる。しかし、耐火煉瓦等の熱伝導率は、１．６〜２．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）と高く、例えば連続炉の断熱材として使用した場合、設定された温度分布を保持することが困難になるという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、安価に作製でき、組み付けも容易で、しかも、熱伝導率が１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満である複合断熱材を提供することを目的とする。
【０００６】
先ず、本発明を完成させる前に、熱伝導率の小さい気体とセラミック粉体の組み合わせによる断熱材を想定した。例えば熱伝導率の小さい気体として空気を選んだ場合を後述する表１に示す。表１を参照してもわかるように、この断熱材は室温での熱伝導率が０．０４〜０．１１と低く、断熱効果が高いことがわかる。しかし、このような気体と粉体の混合物は不定形で保形性が無いため、現実的な断熱材として構成する場合、例えばアルミナ等のセラミック製の箱状の容器に、多量のセラミック粉末を充填して断熱材を構成することが考えられる。しかし、箱状のセラミックの容器は強度的にも弱く破損により形状を維持できなくなったりするため連続炉等への組み付けが困難であり、製作上も難しいことからコストもかかる。
【０００７】
そこで、本発明では、以下の構成によって従来の課題を解決した。
【０００８】
本発明に係る複合断熱材は、それぞれ薄壁で区画された多数の収容空間を有するブロック状のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体の前記収容空間内に充填されたセラミック粉体とを有することを特徴とする。
【０００９】
薄壁で区画された多数の収容空間内にセラミック粉体を充填することにより、先ず、熱伝導による熱伝達を収容空間に充填されたセラミック粉体によって抑制することができる。これは上述した空気とセラミック粉体との組み合わせからなる断熱材が非常に小さな熱伝導率を示し、高い断熱効果が期待されることからも明らかである。そして、ハニカム構造体の収容空間にセラミック粉体を充填するだけでよいため、作製が簡単であり、しかも、ハニカム構造体の存在により、構造体としての強度を高くすることができると共に、形状を維持することができることから、連続炉等への組み付けも簡単になる。
【００１０】
また、ハニカム構造体の空間に充填されたセラミック粉体は、気体の流れを邪魔することで対流による熱伝達を抑制する。
【００１１】
また、高温においては輻射による熱伝達が大きな割合を占めるが、このようなセラミック粉体では、光が粒子間で散乱されるため輻射による熱伝達も抑制することが可能となる。
【００１２】
すなわち、本発明は、安価に作製でき、組み付けも容易で、熱伝導率が１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満である複合断熱材を提供することができる。もちろん、熱伝導率（室温）として、耐火煉瓦等よりも１桁低い０．０６〜０．５５（Ｗ／ｍ・Ｋ）を実現することができる。
【００１３】
そして、本発明において、前記ハニカム構造体を、その軸方向と直交する方向に切断したときの断面形状は、複数の薄壁が平行に並んだ形状であってもよい。この場合、複数の薄壁が延在する方向（第１方向）への熱伝導率よりも、複数の薄壁が並ぶ方向（第２方向）が薄壁の伝熱による熱伝導が無い分小さくなり、熱伝導率を異方性にすることができる。熱伝導率の異方性は後述するように数倍以上にすることができる。従って、例えば連続炉に複合断熱材を組み付ける際に、熱を外部に伝達したいゾーン（断熱効果がそれほど必要でないゾーン）では、熱の放射方向と前記第１方向とをほぼ一致させて組み付ければよく、熱を外部に伝達したくないゾーン（断熱効果が必要なゾーン）では、熱の放射方向と前記第２方向とをほぼ一致させて組み付ければよい。
【００１４】
また、本発明において、前記ハニカム構造体を、その軸方向と直交する方向に切断したときの断面形状は、複数の薄壁が格子状に組み合わされた形状であってもよい。
【００１５】
このような構造では強度が高くなることから、応力が集中する部分等に組み付けることで、組み付け後に複合断熱材が崩れるという心配がない。
【００１６】
特に、前記格子状の交差部分の角度がほぼ９０°であれば、熱伝導率の組み付け方向の依存性がないため、方向性を気にせずに組み付けることが可能となる。もちろん、前記格子状の交差部分の角度が３０〜６０°であってもよい。
【００１７】
以上説明したように、本発明に係る複合断熱材によれば、安価に作製でき、組み付けも容易で、しかも、熱伝導率（室温）として、１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１複合断熱材を一部破断して示す斜視図である。
【図２】第１複合断熱材について、ハニカム構造体を、その軸方向と直交する方向に切断した際の断面形状を示す断面図である。
【図３】第２複合断熱材について、ハニカム構造体を、その軸方向と直交する方向に切断した際の断面形状を示す断面図である。
【図４】第３複合断熱材について、ハニカム構造体を、その軸方向と直交する方向に切断した際の断面形状を示す断面図である。
【図５】特定の気体層中に多数のセラミック粒子（アルミナ又はジルコニア）を充填した場合のセラミック粉体を示す模式図である。
【図６】図６Ａは函型試験焼成炉の開口部に第１セラレックハニカム材〜第３セラレックハニカム材を設置した状態を示す正面図であり、図６Ｂは図６Ａに示す状態を第１セラレックハニカム材を省略して示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る複合断熱材の実施の形態例を図１〜図６Ｂを参照しながら説明する。
【００２０】
先ず、第１の実施の形態に係る複合断熱材（以下、第１複合断熱材１０Ａと記す）は、図１及び図２に示すように、それぞれ薄壁１２で区画された多数の収容空間１４を有する角筒状のハニカム構造体１６と、該ハニカム構造体１６の収容空間１４内に充填されたセラミック粉体１８とを有する。ハニカム構造体１６の側面は、外壁２０（例えば薄壁１２と同様の材質の壁）にて塞がれ、ハニカム構造体１６の上面及び下面は、薄壁材と同様の材質からなる目封じ層２２（図１参照）にて塞がれている。すなわち、すべての開口が目封じされている。また、ハニカム構造体１６の上面及び下面の平面形状は四角形（図２の例では正方形）とされている。
【００２１】
第１複合断熱材１０Ａを作製する場合は、上面開口及び下面開口のハニカム構造体１６を作製した後、ハニカム構造体１６の例えば下面に目封じ層２２を形成する。この段階で、上面開口のハニカム構造体１６が作製される。その後、上面開口から各収容空間１４にセラミック粉体１８を挿入、充填し、次いで、上面開口を目封じ層２２で塞ぐことで、この第１複合断熱材１０Ａが作製される。
【００２２】
また、第１複合断熱材１０Ａのハニカム構造体１６は、図２に示すように、ハニカム構造体１６を、その軸方向と直交する方向に切断した際の断面形状をみたとき、複数の薄壁１２が平行に並んだ形状となっている。図２では、ハニカム構造体１６の互いに対向する２つの外壁（第１外壁及び第２外壁）と、複数の薄壁とが平行に並んだ形状となっている。
【００２３】
薄壁１２の材料としては、酸化物又は炭化物又は窒化物あるいはこれらの混合物であって、酸素、炭素、窒素以外の構成元素として、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、マンガン、鉄、アルミニウム、ケイ素のうち、少なくとも１種類を含む無機材料を使用することができる。本実施の形態では、主結晶相がムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）からなる気孔率が３０％で熱伝導率が２．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）のセラミック材料を用いた。
【００２４】
次に、第２の実施の形態に係る複合断熱材（以下、第２複合断熱材１０Ｂと記す）について図３を参照しながら説明する。
【００２５】
この第２複合断熱材１０Ｂは、上述した第１複合断熱材１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、図３に示すように、ハニカム構造体１６を、その軸方向と直交する方向に切断した際の断面形状をみたとき、複数の薄壁１２が格子状に組み合わされた形状となっている点で異なる。図３の例では、ハニカム構造体１６の互いに対向する２つの外壁（第１外壁２０ａ及び第２外壁２０ｂ）と、一方向に延在する複数の薄壁１２ａとが平行に並び、ハニカム構造体１６の互いに対向する他の２つの外壁（第３外壁２０ｃ及び第４外壁２０ｄ）と、他方向（一方向と直交する方向）に延在する複数の薄壁１２ｂとが平行に並んだ格子状になっている。
【００２６】
次に、第３の実施の形態に係る複合断熱材（以下、第３複合断熱材１０Ｃと記す）について図４を参照しながら説明する。
【００２７】
この第３複合断熱材１０Ｃは、上述した第２複合断熱材１０Ｂとほぼ同様の構成を有するが、図４に示すように、各薄壁１２が第１外壁２０ａ及び第２外壁２０ｂに対して４５°の傾きで、且つ、第３外壁２０ｃ及び第４外壁２０ｄに対して４５°の傾きで並んだ格子状とされている。
【００２８】
上述した第１複合断熱材１０Ａ〜第３複合断熱材１０Ｃ以外にも様々な断面形状の組み合わせが考えられることはもちろんである。また、ハニカム構造体１６の外形形状、特に、上面及び下面の平面形状を正方形としたが、その他、長方形、ひし形、平行四辺形、台形、六角形、八角形等が挙げられる。もちろん、これらに限定されることなく、組み付けたときに、他の複合断熱材との接触面積を大きくとることができ、しかも、組み付けの際に積載が容易なように、平面部分がある多角形であることが好ましい。
【実施例】
【００２９】
次に、第１複合断熱材１０Ａ〜第３複合断熱材１０Ｃについて、図２〜図４において図示した矢印Ｘ方向と矢印Ｙ方向とハニカム構造の押出し方向であるＺ方向についての熱伝導率をシミュレーションと実測にて求めた。【００３０】
（粉体の熱伝導率）
先ず、図５に示すように、特定の気体層３０中に多数のセラミック粒子３２（アルミナ又はジルコニア）を充填した場合のセラミック粉体１８の熱伝導率ｋｐを以下の厳密式と簡易式とを使って求めた。
（厳密式）
ｋｐ＝ｋｃ［１＋２ｖｄ（１−ｋｃ／ｋｄ）／｛（２ｋｃ／ｋｄ）＋１｝］／［１−ｖｄ（１−ｋｃ／ｋｄ）／｛（ｋｃ／ｋｄ）＋１｝］      ・・・・（１）
（簡易式）
ｋｐ＝ｋｃ（１＋２ｖｄ）／（１−ｖｄ）  ・・・・（２）【００３１】
ここで、ｋｃは気体の熱伝導率、ｋｄはセラミック粒子の熱伝導率、ｖｄはセラミック体積分率でセラミック粉体中にセラミックスが占める体積割合を示す。【００３２】
ここでは気体として空気を選定した。空気、アルミナ及びジルコニアの室温に於ける熱伝導率はそれぞれ０．０２７（Ｗ／ｍ・Ｋ）、３０（Ｗ／ｍ・Ｋ）及び２（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。従って、（１）式及び（２）式より室温におけるセラミック体積分率に対する熱伝導率ｋｐは以下の表１の通りである。【００３３】
この結果から分かるように、セラミック粒子の熱伝導率が２Ｗ／ｍ・Ｋ（ジルコニア）に対して３０Ｗ／ｍ・Ｋ（アルミナ）と一桁以上大きくなっても、粉体の熱伝導率はセラミック体積分率でほぼ決まり、セラミック体積分率が小さい粉末を用いることで、セラミック粉体の熱伝導率を小さくすることができる。セラミック体積分率はセラミック粉体のかさ密度に比例するため、かさ密度の小さい粉体を選べば熱伝導率を小さくすることができる。【００３４】
【表１】
2011058916.tif 000003
【００３５】
また、空気、アルミナ及びジルコニアの１，０００℃に於ける熱伝導率はそれぞれ０．０７６（Ｗ／ｍ・Ｋ）、６（Ｗ／ｍ・Ｋ）及び２．３（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。従って、１，０００℃におけるセラミック体積分率に対するセラミック粉体の熱伝導率ｋｐは以下の表２の通りである。【００３６】
【表２】
2011058916.tif 000004
【００３７】
この結果からも分かるように、粉末の熱伝導率が２．３Ｗ／ｍ・Ｋ（ジルコニア）に対して６Ｗ／ｍ・Ｋ（アルミナ）と２倍以上大きくなっても、粉体の熱伝導率はセラミック体積分率でほぼ決まり、セラミック体積分率が小さい粉体を用いることで、粉体の熱伝導率を小さくすることができる。粉体のセラミック体積分率は粉体のかさ密度に比例するため、かさ密度の小さい粉体を選べば熱伝導率を小さくすることができる。【００３８】
（実施例１）
図２に示すように、第１複合断熱材１０Ａにおける矢印Ｙ方向についての熱伝導率を求めた。矢印Ｙ方向は、第３外壁２０ｃと第４外壁２０ｄとを結ぶ方向であり、各薄壁１２の延在方向でもある。【００３９】
ハニカム構造体としてムライト組成（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）となるような粘土５５重量％（高純度カオリナイト：Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）と普通アルミナ粉末４５重量％（純度：９９．６％、平均粒径：５５μｍ）調合割合の混合物に水とバインダーを適量加えて充分混練して粘土状にした後、真空土練機で脱気した柱状の坏土を作製し、所定の口金を用いて押出し成形した。得られたハニカム構造成形体を乾燥後１，４５０℃、３時間、大気中で焼成して１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの立方体のハニカム構造体を作製した。併せて熱伝導率測定用に断面形状が３０ｍｍ角でＸ方向に１セル分の厚みを有するサンプルとＹ方向の厚みが６ｍｍのサンプルも作製した。焼成後の薄壁の肉厚は１ｍｍ、Ｘ方向のセルピッチは５ｍｍで開口率は０．８であった。【００４０】
このハニカム構造体の片方の開口端面にハニカム構造体と同じ粘土とアルミナの混合物に水とバインダーを適量加えてペースト状にしたものを、片側から約５ｍｍ均一に圧入後乾燥して目封じした。【００４１】
次に、目封じされた面を下側にし、反対側の開口部より薄壁の隙間に形成された収容容器内にアルミナ粉末を充填した。用いたアルミナ粉末は粗粒アルミナでアルミナ純度９９．６％、平均粒径７５μｍ、比表面積０．６ｍ２／ｇで、充填したときのかさ密度が１ｇ／ｃｃでセラミック体積分率は０．２５であった。【００４２】
このアルミナ粉末を充填後、開口端部にハニカム構造体と同じ粘土とアルミナの混合物に水とバインダーを適量加えてペースト状にしたものを、片側から約５ｍｍ均一に圧入後乾燥して目封じした。【００４３】
こうして得られたハニカム構造体を１，４００℃、３時間、大気中で焼成し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍのブロック状の複合断熱材を作製した。併せてＸ方向の厚みが１セル分の熱伝導率測定用の３０ｍｍ角×６ｍｍの複合断熱材サンプルとＹ方向の厚みが６ｍｍの熱伝導率測定用の３０ｍｍ角×６ｍｍの複合断熱材サンプルを得た。ムライトからなる薄壁部は気孔率３０％で熱伝導率は室温で２．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。【００４４】
ハニカム構造体１６の収容空間１４に充填されたセラミック粉体１８のセラミック体積分率が０．２５であることから、セラミック粉体部の熱伝導率（室温）は０．０５（Ｗ／ｍ・Ｋ）［表１より］となる。薄壁１２の熱伝導率（室温）が２．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であることから、第１複合断熱材１０Ａにおける矢印Ｙ方向についての熱伝導率を求めた。【００４５】
この場合の熱伝導率の計算式は以下の（３）式の通りになる。
ｋｐｙ＝ｖ１ｋ１＋ｖ２ｋ２    ・・・・（３）【００４６】
ここで、ｖ１はハニカム開口率（収容空間１４の開口面積／ハニカム構造体１６の上面面積）、ｖ２は１−ｖ１、ｋ１はセラミック粉体１８の熱伝導率、ｋ２は薄壁１２の熱伝導率である。【００４７】
第１複合断熱材１０Aの場合ハニカムの押出方向であるＺ方向もＹ方向と同じ構造となるため、Ｚ方向の熱伝導率はＹ方向の熱伝導率に等しい。【００４８】
次に、第１複合断熱材１０Ａにおける矢印Ｘ方向についての熱伝導率を求めた。矢印Ｘ方向は、第１外壁２０ａと第２外壁２０ｂとを結ぶ方向であり、各薄壁１２の延在方向と直交する方向でもある。【００４９】
第１複合断熱材１０Ａにおける矢印Ｘ方向についての熱伝導率は以下（４）式のようになる。
ｋｐｘ＝ｋ１ｋ２／（ｖ１ｋ２＋ｖ２ｋ１）  ・・・・（４）【００５０】
従って、第１複合断熱材１０Ａにおける矢印Ｘ、Ｙ（Ｚ）方向についてのハニカム開口率に対する熱伝導率（室温）の計算値ｋｐｘとｋｐｙは以下の表３の通りである。【００５１】
【表３】
2011058916.tif 000005
【００５２】
同時に得られた熱伝導率測定用のサンプルを用いてレーザーフラッシュ法によりＸ方向とＹ方向の熱伝導率を実測したところ、計算値と一致した。【００５３】
このように、Ｘ方向とＹ方向では熱伝導率が9倍も異なる結果となった。【００５４】
（実施例２）
図３に示すように、第２複合断熱材１０Ｂにおける矢印Ｘ方向及びＹ方向についての熱伝導率を求めた。第２複合断熱材１０Ｂでは、Ｘ方向及びＹ方向の断面については、薄壁１２が連続的に繋がり、その間にセラミック粉体１８が存在している。この場合の熱伝導率は（５）式で表される。
ｋｐｘｙ＝ｋ２{１＋２ｖ1（１−ｋ２／ｋ１）／（２ｋ２／ｋ１＋１）}／{１−ｖ１（１−ｋ２／ｋ１）／（ｋ２／ｋ１＋１）}    ・・・・（５）【００５５】
ｋ２＞ｋ１の場合近似的に（６）式で表される。
ｋｐｘｙ≒ｋ２（１−ｖ１）／（１＋ｖ１）  ・・・・（６）【００５６】
ハニカムの押出方向であるＺ方向については、第１複合断熱材１０ＡのＹ方向と同じ構造になり（３）式で求めることができる。【００５７】
実施例１と同様に、ハニカム構造体としてムライト組成（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）となるような粘土５５重量％（高純度カオリナイト：Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）と普通アルミナ粉末４５重量％（純度：９９．６％、平均粒径：５５μｍ）調合割合の混合物に水とバインダーを適量加えて充分混練して粘土状にした後、真空土練機で脱気した柱状の坏土を作製し、所定の口金を用いて押出し成形した。得られたハニカム構造成形体を乾燥後１，４５０℃、３時間、大気中で焼成して１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの立方体のハニカム構造体を作製した。併せてＸ方向の熱伝導率測定用に押出長さが３０ｍｍ、Ｚ方向の熱伝導率測定用に押出長さが２０ｍｍのサンプルも作製した。焼成後の薄壁の肉厚は０．２５ｍｍ、Ｘ方向及びＹ方向のセルピッチは５ｍｍで開口率は０．９であった。【００５８】
このハニカム構造体の片方の開口端面にハニカム構造体と同じ粘土とアルミナの混合物に水とバインダーを適量加えてペースト状にしたものを、片側から約５ｍｍ均一に圧入後乾燥して目封じした。【００５９】
次に、目封じされた面を下側にし、反対側の開口部より薄壁の隙間に形成された収容容器内にアルミナ粉末を充填した。用いたアルミナ粉末は粗粒アルミナでアルミナ純度９９．６％、平均粒径７５μｍ、比表面積０．６ｍ２／ｇで、充填したときのかさ密度が１ｇ／ｃｃでセラミック体積分率は０．２５であった。【００６０】
このアルミナ粉末を充填後、開口端部にハニカム構造体と同じ粘土とアルミナの混合物に水とバインダーを適量加えてペースト状にしたものを、片側から約５ｍｍ均一に圧入後乾燥して目封じした。【００６１】
こうして得られたハニカム構造体を１，４００℃、３時間、大気中で焼成し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍのブロック状の複合断熱材を作製した。ムライトからなる薄壁部は気孔率３０％で熱伝導率は室温で２．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。【００６２】
ハニカム構造体１６の収容空間１４に充填されたセラミック粉体１８のセラミック体積分率が０．２５であることから、表１よりセラミック粉体部の熱伝導率（室温）は０．０５（Ｗ／ｍ・Ｋ）となる。薄壁１２の熱伝導率（室温）が２．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であることから、第２複合断熱材１０Ｂにおける矢印Ｘ方向についての熱伝導率を（６）式より、Ｚ方向の熱伝導率を（３）式より求めた。【００６３】
Ｘ方向及びＹ方向の熱伝導率測定用にＺ方向の長さが３０ｍｍのサンプルより１セル分を加工によって切り出し、３０ｍｍ角に仕上げて熱伝導率をレーザーフラッシュ法にて測定した。Ｚ方向の熱伝導率はＺ方向の厚みが２０ｍｍのサンプルから、Ｘ方向及びＹ方向に６セル分約３０ｍｍ角の部分を加工によって切り出し、Ｚ方向の上下両面から目封じ部を削って目封じ部の厚みが１ｍｍ程度になるように仕上げ、熱伝導率をレーザーフラッシュ法にて測定した。【００６４】
【表４】
2011058916.tif 000006
【００６５】
（実施例３）
図４に示すように、第３複合断熱材１０Ｃにおける矢印Ｘ方向及びＹ方向についての熱伝導率を求めた。この場合も第２複合断熱材と同様に、Ｘ方向及びＹ方向の断面については、薄壁１２が連続的に繋がり、その間にセラミック粉体１８が存在している。この場合の熱伝導率は（５）式で表される。ｋ２＞ｋ１の場合近似的に（６）式で表される。【００６６】
実施例１と同様に、ハニカム構造体としてムライト組成（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）となるような粘土５５重量％（高純度カオリナイト：Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ５（ＯＨ）４）と普通アルミナ粉末４５重量％（純度：９９．６％、平均粒径：５５μｍ）調合割合の混合物に水とバインダーを適量加えて充分混練して粘土状にした後、真空土練機で脱気した柱状の坏土を作製し、所定の口金を用いて押出し成形した。得られたハニカム構造成形体を乾燥後１，４５０℃、３時間、大気中で焼成して１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍの立方体のハニカム構造体を作製した。合わせてＸ方向の熱伝導率測定用に押出長さが３０ｍｍ、Ｚ方向の熱伝導率測定用に押出長さが２０ｍｍのサンプルも作製した。焼成後の薄壁の肉厚は０．４ｍｍ、Ｘ方向及びＹ方向のセルピッチは５mmで開口率は０．８５であった。【００６７】
このハニカム構造体の片方の開口端面にハニカム構造体と同じ粘土とアルミナの混合物に水とバインダーを適量加えてペースト状にしたものを、片側から約５ｍｍ均一に圧入後乾燥して目封じした。【００６８】
次に、目封じされた面を下側にし、反対側の開口部より薄壁の隙間に形成された収容容器内にアルミナ粉末を充填した。用いたアルミナ粉末は粗粒アルミナでアルミナ純度９９．６％、平均粒径７５μｍ、比表面積０．６ｍ２／ｇで、充填したときのかさ密度が１ｇ／ｃｃでセラミック体積分率は０．２５であった。【００６９】
このアルミナ粉末を充填後、開口端部にハニカム構造体と同じ粘土とアルミナの混合物に水とバインダーを適量加えてペースト状にしたものを、片側から約５ｍｍ均一に圧入後乾燥して目封じした。【００７０】
こうして得られたハニカム構造体を１，４００℃、３時間、大気中で焼成し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍ×３０ｍｍ、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍのブロック状の複合断熱材を作製した。ムライトからなる薄壁部は気孔率３０％で熱伝導率は室温で２．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。【００７１】
ハニカム構造体１６の収容空間１４に充填されたセラミック粉体１８のセラミック体積分率が０．２５であることから、表１よりセラミック粉体部の熱伝導率（室温）は０．０５（Ｗ／ｍ・Ｋ）となる。薄壁１２の熱伝導率（室温）が２．５（Ｗ／ｍ・Ｋ）であることから、第３複合断熱材１０Ｃにおける矢印Ｘ方向についての熱伝導率を（６）式より、Ｚ方向の熱伝導率を（３）式より求めた。【００７２】
Ｘ方向及びＹ方向の熱伝導率測定用にＺ方向の長さが３０ｍｍのサンプルより１セル分を加工によって切り出し、３０ｍｍ角に仕上げて熱伝導率をレーザーフラッシュ法にて測定した。Ｚ方向の熱伝導率はＺ方向の厚みが２０ｍｍのサンプルから、Ｘ方向及びＹ方向に６セル分約３０ｍｍ角の部分を加工によって切り出し、Ｚ方向の上下両面から目封じ部を削って目封じ部の厚みが１ｍｍ程度になるように仕上げ、熱伝導率をレーザーフラッシュ法にて測定した。【００７３】
【表５】
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【００７４】
（実施例４）
ハニカム構造体としてコージェライト組成（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）の市販品（セラレック）を使用した。焼成後のハニカムの大きさはＸ方向及びＹ方向が１００ｍｍ×１００ｍｍ、Ｚ方向が５０ｍｍのハニカム構造体で、薄壁の肉厚は０．９ｍｍ、Ｘ方向及びＹ方向のセルピッチは５．９ｍｍで開口率は０．７２であった。【００７５】
このハニカム構造体の片方の開口端面には、ハニカム構造体と同じコージェライト組成の生ペースト（タルク、カオリン、アルミナ、シリカの混合物）を予め片側から約５ｍｍ均一に圧入目封じしておいたため、焼成後のハニカム構造体の片側開口部は目封じされていた。【００７６】
次に、目封じされた面を下側にし、反対側の開口部より薄壁の隙間に形成された収容容器内にアルミナ粉末を充填した。用いたアルミナ粉末は粗粒アルミナでアルミナ純度９９．６％、平均粒径７５μｍ、比表面積０．６ｍ２／ｇで、充填したときのかさ密度が１ｇ／ｃｃでセラミック体積分率は０．２５であった。【００７７】
このアルミナ粉末を開口端上部より約５ｍｍ低く、充填後、ハニカム開口端部にハニカム構造体と同じコージェライト組成の生ペーストを、片側から均一に圧入後乾燥して目封じした。【００７８】
こうして得られたハニカム構造体を１，３５０℃、３時間、大気中で焼成し、１００ｍｍ×１００ｍｍ×５０ｍｍのブロック状の複合断熱材を作製した。コージェライトからなる薄壁部は気孔率４５％で、このハニカムの壁の熱伝導率は室温で１．３Ｗ／ｍ・Ｋ、８００℃で１．０Ｗ／ｍ・Ｋであった。【００７９】
このコージェライトハニカムにアルミナ粉末を充填した複合断熱材の高温における実際の断熱性能を以下の方法で評価した。【００８０】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、前面の開口部の大きさが幅２８２ｍｍ、高さ２００ｍｍで奥行４００ｍｍの函型試験焼成炉４０を準備し、前面の開口部を、５枚のハニカム材（Ｘ方向及びＹ方向が１２０ｍｍ×４８ｍｍでＺ方向の高さ２００ｍｍの２枚の第１セラレックハニカム材４２Ａと、Ｘ方向及びＹ方向が４２ｍｍ×４８ｍｍでＺ方向が７５ｍｍの２枚の第２セラレックハニカム材４２Ｂと、Ｘ方向及びＹ方向が４２ｍｍ×４８ｍｍでＺ方向が５０ｍｍの１枚の第３セラレックハニカム４２Ｃ）で蓋をした。これら第１セラレックハニカム４２Ａ〜第３セラレックハニカム４２Ｃにはアルミナ材は充填されていない。このような状態で炉内温度を１，０００℃に保持したとき、中央に設置した第３セラレックハニカム４２Ｃ（４２ｍｍ×４８ｍｍ×５０ｍｍ）の表面温度は２８２℃であった。【００８１】
次に、中央に設置した第３セラレックハニカム４２Ｃの代わりに、Ｂ類耐火断熱レンガ（イソライト社製、カタログ熱伝導率０．３９Ｗ／ｍ・Ｋ以下）を４２ｍｍ×４８ｍｍ×５０ｍｍに切り出したものを挿入して、炉内温度を１，０００℃に保持したとき、中央に設置したＢ類耐火断熱レンガの表面温度は２６６℃であった。【００８２】
さらに、中央に設置した第３セラレックハニカム４２Ｃの代わりに、第３セラレックハニカム４２Ｃにアルミナ粉末を充填した複合断熱材をＸ方向及びＹ方向が４２ｍｍ×４８ｍｍ、Ｚ方向が５０ｍｍに切り出したものを挿入して、炉内温度を１，０００℃に保持したとき、中央に設置した複合断熱材の表面温度は２４４℃であった。【００８３】
セラレック材のみで断熱した場合、ハニカムセルで形成される空間の中を空気による対流と放射熱の作用のために断熱材が悪いが、アルミナ粉末を充填することにより、対流と熱放射による熱の伝達が抑制されて、表面温度が３８℃も低くなり断熱性が改善された。さらにその温度はＢ類耐火断熱レンガより低く優れた断熱性を示した。【００８４】
（考察）
熱は主に熱伝導と対流と輻射によって伝わる。本実施の形態に係る複合断熱材においては、まず、熱伝導による熱伝達を収容空間１４に充填されたセラミック粉体１８の低熱伝導性によって抑制することができる。これは、図５に示す気体層３０と多数のセラミック粒子３２との組み合わせからなるセラミック粉体１８の熱伝導率が非常に小さいことからも明らかである。そして、ハニカム構造体１６の収容空間１４にセラミック粉体１８を充填するだけでよいため、作製が簡単であり、しかも、ハニカム構造体１６の存在により、強度を高くすることができると共に、形状を維持することができることから、連続炉等への組み付けも簡単になる。【００８５】
また、ハニカム構造体の空間に充填されたセラミック粉体は、気体の流れを邪魔することで対流による熱伝達を抑制する。【００８６】
また、高温においては輻射による熱伝達が大きな割合を占めるが、このような粉体では、光が粒子間で散乱されるため、輻射による熱伝達も抑制することが可能となる。【００８７】
すなわち、本実施の形態は、安価に作製でき、組み付けも容易で、熱伝導率が１．０（Ｗ／ｍ・Ｋ）未満である複合断熱材を提供することができる。もちろん、熱伝導率（室温）として、耐火煉瓦等よりも１桁低い０．０６〜０．５５（Ｗ／ｍ・Ｋ）を実現することができる。【００８８】
そして、本実施の形態において、第１複合断熱材１０Ａのように、ハニカム構造体１６を、その軸方向と直交する方向に切断した際の断面形状をみたとき、複数の薄壁１２が平行に並んだ形状であれば、複数の薄壁１２が延在する方向（第１方向：図２のＹ方向）への熱伝導率よりも、複数の薄壁１２が並ぶ方向（第２方向：図２のＸ方向）への熱伝導率（実施例１参照）が約１桁分低くなる。従って、例えば連続炉に第１複合断熱材１０Ａを組み付ける際に、熱を外部に伝達したいゾーン（断熱効果がそれほど必要でないゾーン）では、熱の放射方向と前記第１方向とをほぼ一致させて組み付ければよく、熱を外部に伝達したくないゾーン（断熱効果が必要なゾーン）では、熱の放射方向と前記第２方向とをほぼ一致させて組み付ければよい。【００８９】
また、本実施の形態において、第２複合断熱材１０Ｂや第３複合断熱材１０Ｃのように、ハニカム構造体１６を、その軸方向と直交する方向に切断した際の断面形状をみたとき、複数の薄壁１２が格子状に組み合わされた形状であれば、全体的な強度が高くなることから、応力が集中する部分等に組み付けることで、組み付け後に複合断熱材が崩れるという心配がない。特に、格子状の交差部分の角度がほぼ９０°であれば、熱伝導率の組み付け方向の依存性がないため、方向性を気にせずに組み付けることが可能となる。【００９０】
なお、本発明に係る複合断熱材は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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